ENGINEERINGNET.BE - De meeste zonnecellen zijn nu nog gebaseerd op kristallijn silicium. Sinds tien jaar wordt ook perovskiet als basis gebruikt.
De materiaal- en productiekosten zijn laag, het kost relatief weinig energie om een perovskiet zonnecel te maken en het productieproces is relatief eenvoudig. Deze nieuwste technologie wordt vaak als veelbelovend omschreven, zeker in het gebruik van tandemcellen.
In de gecombineerde zonnecel liggen een perovskiet en silicium zonnecel op elkaar gestapeld om een nog hoger rendement te krijgen. Perovskiet kent echter enkele nadelen die uitrol op grote schaal nog verhinderen.
Van Gorkom: “De bindingen tussen de atomen in silliciumkristallen zijn heel stevig, waardoor het materiaal stabiel is. Perovskietkristallen bevatten ionen, positieve en negatieve deeltjes, waarvan de bindingen veel dynamischer zijn.
Als ze belicht worden kunnen deze deeltjes gaan bewegen, en dat geeft problemen voor de langdurige stabiliteit. Onderzoek naar het verbeteren van de stabiliteit van perovskiet is daarom essentieel."
Van Gorkom nam daarvoor het kristalrooster van perovskiet onder de loep. "Zo'n rooster kent altijd defecten. Deeltjes die ontbreken of op een verkeerde plaats in het kristalrooster zitten. In een zonnecel zie je dat terug in voltageverlies, dat de efficiëntie omlaag haalt."
Het meten van defecten in het perovskiet kristalrooster is niet eenvoudig en wordt nu veelal aan de hand van computersimulaties gedaan. Van Gorkom en zijn collega’s ontwikkelden daarom mini-zonnecellen met een zeer gevoelige fotostroommeting.
Per zonnecel wordt voor iedere golflengte van het licht bekeken welk percentage van de lichtdeeltjes als elektron uit die zonnecel komen. “Idealiter zou elk lichtdeeltje dat door de zonnecel wordt geabsorbeerd tot een elektron leiden.
Door een indirecte methode kunnen we nu ladingen in aanwezige defecten meten, in de vorm van een minuscuul beetje stroom. Zelfs als één op de honderdmiljoen lichtdeeltjes in een elektron wordt omgezet, kunnen we dat nu zien.”
Van Gorkom: “We zijn veel tijd kwijt geweest om deze gevoeligheid te bereiken. Het ruisniveau moet zo ver mogelijk naar beneden gedrukt worden, een kabel kan het verschil maken. In onze opstelling, die in een aparte kamer op een extra stabiele plek staat, zitten daarom speciale elektrische componenten."
"Het is ook niet zomaar na te bouwen, wereldwijd staat er op slechts één andere locatie een zelfde meetinstrument. We zijn nu in staat heel specialistische metingen uit te voeren en krijgen ook aanvragen van buitenaf.
Doordat we de defecten nu in echt materiaal kunnen laten zien, kunnen we heel gericht gaan kijken welke componenten resulteren in een stabieler perovskiet, tot op het kleinste niveau.”
